考虑参数不确定性的柔顺机构非概率稳健优化设计

发布时间：2017-06-06 09:17

  本文关键词：考虑参数不确定性的柔顺机构非概率稳健优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：实际工程问题中存在的不确定性,可能会对产品的稳健性产生较大影响。尤其是在MEMS、航空航天及生物工程等高精尖领域内,不确定性因素对产品性能稳健性所造成得影响,可能会导致产品失效,甚至会造成严重的经济损失。如生物工程领域中的细胞注射,包括注射器、夹持器在内的相关工具的精度与稳健性要求极高,微小的误差可能会导致整个试验失败。因此,在设计阶段设计人员就必须考虑到工程问题中的不确定性。考虑不确定性的概率方法处理问题时往往需要大量的样本数据作为支撑,并且需要在假设参数服从某一分布的基础上完成优化过程。针对上述难题,在国内外考虑不确定性的稳健优化设计研究基础上,本文对考虑参数不确定性的非概率稳健优化设计做了进一步探索,并以柔顺机构的不确定性问题为例验证了其可行性。针对三类较典型的不确定性问题,采用如下三种非概率稳健优化设计方法进行优化求解:(1)针对仅给出设计变量参数范围及参数名义值落在区间内概率值的工程不确定性问题,采用基于证据结构理论的非概率稳健优化方法进行优化。该方法通过对信任函数和似然函数定义及置信概率的稳健性表征设置,结合证据结构理论,对两参数和三参数的情形分别进行讨论,最终获得优化设计方案。(2)针对考虑目标和约束稳健性且性能响应与设计变量之间无显式函数表达式的工程不确定性问题,采用基于区间分析的非概率稳健优化模型法进行优化求解。同时考虑目标和约束稳健性,采用双层稳健优化设计的方法进行求解。并与常规优化、传统稳健设计及概率稳健优化设计的优化结果进行对比,验证了本文方法的可行性。(3)针对仅给出设计参数范围及结构可靠度约束且设计变量与性能响应之间存在显式关系情形下的不确定性难题,构建了基于可靠度约束的非概率稳健优化设计模型。其中的相应权重问题采用灰熵权重方法处理,由于试验数据具有一定的随机性,造成单一的客观赋权法也不能较准确的确定非概率稳健优化过程中的响应权重,通过灰熵权重法进行多目标权重的处理。(4)以压电致动微夹钳中的柔顺机构的设计案例为研究对象,对所采用方法进行了验证,优化结果表明,该方法具有较好的应用前景。
【关键词】：参数不确定性 非概率稳健优化 权重 柔性铰链
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：F275
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究课题来源、研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-15
• 1.2.1 概率稳健优化设计方法11-13
• 1.2.2 非概率稳健优化设计方法13-15
• 1.2.3 稳健优化设计方法工程应用综述15
• 1.3 研究的必要性15-16
• 1.4 本文主要研究内容及章节安排16-19
• 1.4.1 主要研究内容16-17
• 1.4.2 章节安排17-19
• 第二章 稳健设计与区间理论19-28
• 2.1 稳健优化设计的基本原理19-23
• 2.1.1 产品质量特性及其分类19
• 2.1.2 稳健优化设计的基本原理19-22
• 2.1.3 常用稳健优化设计方法描述22-23
• 2.1.4 稳健优化设计实现的流程框架23
• 2.2 区间理论23-27
• 2.2.1 区间表征24-25
• 2.2.2 区间运算法则25-26
• 2.2.3 区间不等式26
• 2.2.4 区间可能度26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 基于证据理论的非概率稳健优化设计28-39
• 3.1 基于证据理论的不确定性表征28-30
• 3.1.1 证据理论及主要特征28
• 3.1.2 基于证据理论的不确定性响应表征28-29
• 3.1.3 非概率区间稳健优化设计准则29-30
• 3.1.4 基于证据理论的不确定性传播30
• 3.2 基于证据结构的非概率稳健优化设计30-31
• 3.3 算例分析31-38
• 3.3.1 压电致动微夹钳工作原理31-32
• 3.3.2 微夹钳中的柔性铰链32-33
• 3.3.3 微夹钳中的柔顺机构稳健性优化难题33
• 3.3.4 直圆柔性铰链的设计案例33-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 基于区间分析的非概率稳健优化设计39-56
• 4.1 区间稳健优化设计模型39-42
• 4.1.1 含有区间参数目标函数的稳健性39-40
• 4.1.2 不等式约束稳健性的可行性分析40-41
• 4.1.3 等式约束稳健性的可行性分析41-42
• 4.2 基于区间分析的非概率稳健优化模型的构建42-44
• 4.3 算例分析44-55
• 4.3.1 柔顺机构的位移特性分析44
• 4.3.2 椭圆型柔性铰链的设计案例44-46
• 4.3.3 传统稳健优化设计及非概率稳健优化的目标函数拟合46-53
• 4.3.4 优化结果分析与讨论53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 基于结构可靠度约束的非概率稳健优化设计56-67
• 5.1 非概率多目标稳健性优化设计模型的构建56-58
• 5.2 非概率稳健优化中多响应的权重处理58-62
• 5.2.1 非概率稳健优化过程中的权重处理难题58
• 5.2.2 改进的灰熵权重方法58-59
• 5.2.3 非概率稳健优化过程中的权重处理流程步骤59-62
• 5.3 算例分析62-66
• 5.3.1 单边直圆椭圆混合型柔性铰链62
• 5.3.2 单边铰链的非概率稳健优化模型构建62-65
• 5.3.3 优化结果分析65-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 工作总结67-68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士学位期间的研究成果75-76

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本文编号：425940